洞道干燥实验.doc

洞道干燥实验(数字型)一、 实验目的：1. 了解常压干燥设备的构造，基本流程和操作；2. 测定物料干燥速率曲线及传质系数；3. 研究气流速度对干燥速率曲线的影响；（选作）4. 研究气流温度对干燥速率曲线的影响。（选作）二、 实验原理及说明：1、 干燥曲线干燥曲线即物料的干基含水量x与干燥时间的关系曲线。它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间的变化关系：x=F()（1）典型的干燥曲线如图3-11所示。实验过程中，在衡定的干燥条件下，测定物料总质量随时间的变化，直到物料的质量恒定为止。此时物料与空气间达到平衡状态，物料中所含水分即为该空气条件下的平衡水分。然后将物料的绝干质量，则物料的瞬间干基含水量为：（Kg水/kg绝干物料）（2）式中：W物料的瞬间质量（kg）WC物料的绝干质量（kg）将X对进行标绘，就得到如下图所示的干燥曲线。图1、 干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线的形状由物料性质和干燥条件决定。2、干燥速率曲线干燥速率曲线是指在单位时间内，单位干燥面积上气化的水分质量。A干燥面积（m2）W从被干燥物料中除去的水分质量（kg） 干燥面积和绝干物料的质量均可测得，为了方便起见，可近似用下式计算干燥速率： kg/m2s 或 g/m2s （4）本实验是通过测出每挥发一定量的水分（w）所需要的时间（）来实现测定干燥速率的。影响干燥速率的因素很多，它与物料性质和干燥介质（空气）的情况有关。在干燥条件下不变的情况下，对同类物料，当厚度和形状一定时，速率Na是物料干基含水量的函数。Na = f(X) （5）3、传质系数(恒速干燥阶段)干燥时在恒速干燥阶段，物料表面与空气之间的传热速率和传质速率可分别以下面两式表示： （6） （7）由空气传给物料的热量（KJ）对流传热系数（Kw/m2）t、tw空气的干、湿球温度（）KH以湿度差为推动力的传质系数（kg/m2sH）Hw、H与t、tw相对应的空气的湿度（kg/kg干空气）当物料一定，干燥条件恒定时，KH的值也保持恒定。在恒速干燥阶段物料表面保持足够润湿，干燥速率由表面水分汽化速率所控制。若忽略以辐射及传导方式传递给物料的热量，则物料表面水分汽化所需要的潜热全部由空气以对流的方式供给，此时物料表面温度即空气的湿球温度tw,水分汽化所需热量等于空气传入的热量，即： rwtw时水的 汽化潜热（KJ/Kg） （8）因此有：即： （9） （10）对于水空气干燥传质系统，当被测气流的温度不太高，流速5m/s时，上式（10）又可简化为： （11） KH的计算：（1）查H、Hw ：由干湿球温度t、tw，根据湿焓图或计算出相应的H，Hw； （2）计算流量计处的空气性质：因为从流量计到干燥室虽然空气的温度、相对湿度发生变化，但其湿度未变。因此，我们可以利用干燥室处的H来计算流量计处的物性。已知测得孔板流量计前气温是tL，则：流量计处湿空气的比体积：vH=(2.8310-3+4.5610-3H)(t+273) kg水/m3干气流量计处湿空气的密度是：=（1+H）/vH kg/m3湿气（3）计算流量计处的质量流量mkg/s：测得孔板流量计的压差计读数为P Pa：流量计的孔流速度： m/s C0见P9流量计处的质量流量：m=u0A0 kg/s A0为孔板孔面积（4）干燥室的质量流速Gkg/m2s：虽然从流量计到干燥室空气的温度、相对湿度、压力、流速等均发生变化，但两个截面的湿度H和质量流量m却一样。因此，我们可以利用流量计处的m来计算干燥室处的质量流速G：干燥室的质量流速为：G=m/A kg/m2s A为干燥室的横截面积（5）传热系数的计算：干燥介质（空气）流过物料表面可以是平行的，也可以是垂直的，也可以是倾斜的。实践证明，只有空气平行物料表面流动时，其对流传热系数最大，干燥最快最经济。因此将干燥物料做成薄板状，其平行气流的干燥面最大，而在计算传热系数时，因为两个垂直面面积较小、传热系数也远远小于平行流动的传热系数，所以其两个横向面积的影响可忽略。采用教材中P336中（1422）式可知其经验式：对水-空气系统，当空气流动方向与物料表面平行，其质量流速G=0.688.14kg/m2s；t=45150。 kw/m2（12）（6）计算KH：由（12）计算出代入（11）式即可用式计算出传质系数KH。三、实验装置本装置由离心式风机送风，先经过一圆管经孔板流量计测风量，经电加热室加热后，进入方形风道，流入干燥室，再经方变圆管流入蝶阀可手动调节流量（本实验装置可由调节风机的频率来调节风量，实验时蝶阀处于全开状态），流入风机进口，形成循环风洞干燥。为防止循环风的湿度增加，保证恒定的干燥条件，在风机进出口分别装有两个阀门，风机出口不断排放出废气，风气进口不断流入新鲜气，以保证循环风湿度不变。为保证进入干燥室的风温恒定，保证恒定的干燥条件，电加热的二组电热丝采用自动控温，具体温度可人为设定。本实验有三个计算温度，一是进干燥室的干球温度（为设定的仪表读数），二是进干燥室的湿球温度，三是流入流量计处用于计算风量的温度，其位置如图所示。本装置管道系统均由不锈钢板加工，电加热和风道采用保温。有关参数： 中压风机：全风压2KPa， 风量22m3/min ，750w 圆管内径：73.6 mm 方管尺寸：150200 mm （宽高） 孔板流量计：全不锈钢，环隙取压，孔径57.01mm，m=0.6 C0=0.74 电加热：二组21.5 Kw，自动控温 压差传感器：无锡梅园WMF2000，01200 Pa 压差显示仪表：宇电501 热电阻传感器：Pt100 温度数显仪表：宇电501 温度控制器：宇电518 称重传感器：北京正开MCLL ，01000g 称重显示仪表：北京正开MCKZS 干燥湿物料：羊毛毡，尺寸为1308010（长宽厚），绝干重21克 本实验消耗和自备设施： 电负荷：3+0.75Kw 四、实验步骤：1、 将待干燥试样浸水，使试样含有适量水分约70克左右（不能滴水），以备干燥实验用。2、 检查风机进出口放空阀应处于开启状态；往湿球温度计小杯中加水；3、 检查电源相电指示灯是否全亮（若不全亮首先检查指示灯是否损坏，若没有损坏，确认若是缺相，切记不要进行以下操作，而应检查）。开启仪表上电开关。启动风机开关，并调节阀门达到预定的风速值，一般风速调节到600900Pa；4、 风速调好后，通过温控器仪表手动调节干燥介质的控制温度（一般在8095之间）。开启加热开关，温控器开始自动控制电热丝的电流进行自动控温，逐渐达到设定温度。5、 放置物料前调节称重显示仪表显示回零。6、 状态稳定后（干、湿球温度不再变化），将试样放入干燥室架子上，等约2分种，开始读取物料重量（最好从整克数据开始记录），记录下试样质量每减少3克时所需时间，直至时间间隔超过6分钟左右时停止记录；7、 取出被干燥的试样，先关闭加热开关。当干球温度降到60以下时，关闭风机的开关，关闭仪表上电开关，最后关闭总电源开关。友情提示1、干球温度一般控制在8095之间。2、放物料时，手要用水淋湿以免烫手；放好物料时检查物料是否与风向平行。注意事项1、在总电源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作。2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落，调试好湿球温度后，最好不要让学生乱动。3、所有仪表按键最好由老师提前设定或调节好，学生不要乱动。4、开加热电压前必须开启风机，并且必须调节有一定风量，关闭风机前必须先关闭电加热，且在温度降低到60以下时再停风机。本装置在设计时，加热开关在风机通电开关下游，只有开启风机开关才能开电加热，若关闭风机，则电加热也会关闭。虽然有这样的保护设计，但是我们还是希望用户在操作时按照说明书进行。称重传感器可选用以下两种仪表测定：1、808称重仪表调零方法本称重系统出厂时已进行过调零，如物料杆和物料夹子的重量为120克，这部分重量并不是干燥物料的重量而对计算会造成不便，仪表应该显示实际物料重。仪表零点设置内让其向下设置为120克，即-120克，这样仪表显示为零。但由于工作环境和仪表本身的零点漂移，会造成零点漂移。当系统加热到设定温度后，在放物料之前称重仪表显示超过5.0克时，应对称重仪表进行调零，先记下仪表显示值如6.2克。按下键约两秒钟进入系统设置一级菜单，每按一次键选定一项参数。当切换到LOC项参数，在下窗口输入808，按确认进入系统设置二级菜单，按键切换到Scb参数项，把下显示窗参数原来的-120克调整为-126.2克，停止仪表操作，几秒种后显示会回到测量主界面，仪表显示为，仪表调零结束。键用于改变数据位置，、键用于加减数据。2、北京正开称重传感器（MCLL ，01000g）调零方法由于工作环境和仪表本身的零点漂移，会造成零点漂移。当系统加热到设定温度后，在放物料之前（包含物料夹子），按下仪表O键，此时显示为0。然后取下夹子，夹住物料后放入，此时显示的即为物料重量。五、调试记录与计算示例本实验在厂内经过调试数据见附页，现以第1组数据为计算示例：1、干燥速率曲线 干基湿含量： 干燥速率： 式中：物料表面积A=2（0.13*0.08+0.08*0.01+0.13*0.01）=0.0250 m22、KH的计算：（1）计算H、Hw ：查得湿球温度tw下：饱和蒸汽压Ps= 7113 Pa 汽化潜热rw=2402 KJ/Kg（2）计算流量计处的空气性质：流量计处湿空气的比体积： 流量计处湿空气的密度是：=（1+H）/vH =(1+0.02)/1.041=0.980 kg/m3湿气（3）计算流量计处的质量流量mkg/s：流量计的孔流速度： 式中：流量计处的质量流量：m=q=0.085280.980=0.08357 kg/s（4）干燥室的质量流速Gkg/m2s：干燥室的质量流速为：G=m/A=0.08357/0.03=2.786 kg/m2s A=0.150.2=0.03 m2 干燥室的流速为：u=q/A=0.08528/0.03=2.843 kg/m2s（5）传热系数的计算： kw/m2（6）计算KH： 3、实测恒速干燥阶段的传质系数 从干燥速率曲线图中可得恒速